脉冲电路的另一个特点是一定有电容器（用电感较少）作关键元件，脉冲的产生、波形的变换都离不开电容器的充放电。

产生脉冲的多谐振荡器

    脉冲有各种各样的用途，有对电路起开关作用的控制脉冲，有起统帅全局作用的时钟脉冲，有做计数用的计数脉冲，有起触发启动作用的触发脉冲等等。不管是什么 脉冲，都是由脉冲信号发生器产生的，而且大多是短形脉冲或以矩形脉冲为原型变换成的。因为矩形脉冲含有丰富的谐波，所以脉冲信号发生器也叫自激多谐振荡器 或简称多谐振荡器。如果用门来作比喻，多谐振荡器输出端时开时闭的状态可以把多谐振荡器比作宾馆的自动旋转门，它不需要人去推动，总是不停地开门和关门。

    （ 1 ）集基耦合多谐振荡器

    图 2 是一个典型的分立元件集基耦合多谐振荡器。它由两个晶体管反相器经 RC 电路交叉耦合接成正反馈电路组成。两个电容器交替充放电使两管交替导通和截止，使电路不停地从一个状态自动翻转到另一个状态，形成自激振荡。从 A 点或B 点可得到输出脉冲。当 R b1 =R b2 =R ， C b1 =C b2 =C 时，输出是幅度接近 E 的方波，脉冲周期 T=1.4RC 。如果两边不对称，则输出是矩形脉冲

（ 3 ） RC 环形振荡器

    图 4 是常用的 RC 环形振荡器。它用奇数个门、首尾相连组成闭环形，环路中有 RC 延时电路。图中 RS 是保护电阻，R 和 C 是延时电路元件，它们的数值决定脉冲周期。输出脉冲周期 T=2.2RC 。如果把 R 换成电位器，就成为脉冲频率可调的多谐振荡器。因为这种电路简单可靠，使用方便，频率范围宽，可以从几赫变化到几兆赫，所以被广泛应用。

 脉冲变换和整形电路

    脉冲在工作中有时需要变换波形或幅度，如把矩形脉冲变成三角波或尖脉冲等，具有这种功能的电路就叫变换电路。脉冲在传送中会造成失真，因此常常要对波形不好的脉冲进行修整，使它整旧如新，具有这种功能的电路就叫整形电路。

（ 1 ）微分电路

    微分电路是脉冲电路中**常用的波形变换电路，它和放大电路中的 RC 耦合电路很相似，见图 5 。当电路时间常数τ=RC<<t k 时，输入矩形脉冲，由于电容器充放电极快，输出可得到一对尖脉冲。输入脉冲前沿则输出正向尖脉冲，输入脉冲后沿则输出负向尖脉冲。这种尖脉冲常被用作触发 脉冲或计数脉冲。

（ 2 ）积分电路

    把图 5 中的 R 和 C 互换，并使 τ=RC>>t k ，电路就成为积分电路，见图 6 。当输入矩形脉冲时，由于电容器充放电很慢，输出得到的是一串幅度较低的近似三角形的脉冲波。

 （ 3 ）限幅器

    能限制脉冲幅值的电路称为限幅器或削波器。图 7 是用二极管和电阻组成的上限幅电路。它能把输入的正向脉冲削掉。如果把二极管反接，就成为削掉负脉冲的下限幅电路。

 用二极带或三极管等非线性器件可组成各种限幅器，或是变换波形（如把输入脉冲变成方波、梯形波、尖脉冲等），或是对脉冲整形（如把输入高低不平的脉冲系列削平成为整齐的脉冲系列等）。

    （ 4 ）箝位器

    能把脉冲电压维持在某个数值上而使波形保持不变的电路称为箝位器。它也是整形电路的一种。例如电视信号在传输过程中会造成失真，为了使脉冲波形恢复原样，接收机里就要用箝位电路把波形顶部箝制在某个固定电平上。

    图 8 中反相器输出端上就有一个箝位二极管 VD 。如果没有这个二极管，输出脉冲高电平应该是 12 伏，现在增加了箝位二极管，输出脉冲高电平被箝制在 3 伏上。

可编程控制器的硬件系统组成（图）

可编程控制器的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图1是其硬件系统的简化框图。从图中可以看出PLC内部主要部件有:

（1）CPU（Central  Process  Unit）

CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：

a、按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。

b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中。

c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。

d、在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。

PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机和16位机，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。

①用通用微处理器作CPU

在低档PLC中，用Z80A做CPU较为普遍，Z80A用于PLC有如下长处： Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉价、普及、通用，用这套芯片制成的PC，给维修及推广普及带来方便。Z80有独立的输入/输出指令,而且指令格式较短，执行时间也较短，这样有利于扫描周期的缩短。Z80输入/输出指令格式较短，相应的输入/输出设备编码也较短，所以相应的译码硬件器较简单。由于Z80的信息是采用输入/输出映射方式，因而设计流程序时，对输入/输出与存储器寻址容易区别。

②用单片机作CPU

自从1974年出现单片机以来，已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美国INTEL公司MES－48系列的单片机8049和8039做处理器，8039单片机在一块片子上集成了8位的CPU，128×8的数据存储器。27条输入/输出线，T0、T1、INT测试线及8位定时器/计数器，时钟振荡电路等。

自80年代以来，出现了集成度更高。功能更强，并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51系列单片机以及功能更高的16位单片机，大有取代MCS－48系列之势。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS－51系列单片机是美国INTEL公司在MCS－48单片机基础上，于80年代初推出的产品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低价格等特点。它有三个代表产品：8051、8751和8031，它们分别有不同的应用特性。8051是以4K字节EPR0M代替4K字节的R0M的8051； 8031是内部无R0M8051。必须外接EPR0M；INTEL公司的96系列的单片机，字长为16，运算速度比51系列更高，这必将为**次的PLC开发和应用带来美好的远景。用单片机制成的PLC有以下显著特点：为机电设备一体化创造了条件，因为由单片机制成PLC，体积更小。同时PLC逻辑功能很强，并且具有数值运算和通信接口。

③用位片式微处理器作CPU

位片式微处理器的主要特点是：速度快、灵活性强、效率高等特点。可以进行“级联”，易于“流水线”操作。

（2）系统程序存储器

它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。

（3）用户存储器

用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。同时，由于前面所说的系统程序直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。

常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。

CM0SRAM存储器是一种中高密度、低功能、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源。一旦交流电源停电，用锂电池来维持供电，可保存RAM内停电前的数据。锂电池寿命一般为1―5年左右。

EPR0M存储器是一种常的只读存储器，定入时加高电平，擦除时用紫外线照射。PLC通过写入器可将RAM区的用户程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC机中插入R0M盒，PLC则执行R0M盒中用户程序；反之，不插上R0M盒，PLC则执行RAM区用户程序。

EEPR0M存储器是一种可用电改写的只读存储器。

（4）输入输出组件（I/0模块）

I/0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。

输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。

（5）编程器

编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。

编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。

（6）外部设备

一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。

（7）电源

根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。

接近开关的作用、外形图和电气符号

 接近开关是非接触式的监测装置，当运动着的物体接近它到一定距离范围内，就能发出信号。

   PLC由哪几个主要部分组成？各部分的作用是什么？
       PLC由中央处理器CPU、存储器、输入输出接口和编程器组成。
      中央处理器CPU是核心，它的作用是接收输入的程序并存储程序。扫描现场的输入状态，执行用户程序，并自诊断，
      存储器用来存放程序和数据；
     输入接口采集现场各种开关接点的信号状态，并将其转化成标准的逻辑电平。

      输出接口用于输出电信号来控制对象；
      编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可以显示PLC的各种状态。

双重联锁的正反转电气控制线路

（1）电路组成：主电路、控制电路

（2）主要元器件：按钮、低压断路器、交流接触器

（3）原理分析

正转控制：按下正转按钮SB1→接触器KM1线圈得电→KM1主触头闭合→电动机正转，同时KM1的自锁触头闭合，KM1的互锁触头断开。

反转控制：按下反转按钮SB2→接触器KM1线圈失电→KM1的互锁触头闭合→接触器KM2线圈得电→从而KM2主触头闭合，电动机开始反转，同时KM2的自锁触头闭合，KM2的互锁触头断开。

接触器互锁：为了避免正转和反转两个接触器同时动作造成相间短路，在两个接触器线圈所在的控制电路上加了电气联锁。即将正转接触器KM1的常闭辅助触头与反转接触器KM2的线圈串联；又将反转接触器KM2的常闭辅助触头与正转接触器KM1的线圈串联。这样，两个接触器互相制约，使得任何情况下不会出现两个线圈同时得电的状况，起到保护作用。

按钮互锁：复合启动按钮SB1，SB2也具有电气互锁作用。SB1的常闭触头串接在KM2线圈的供电线路上，SB2的常闭触头串接在KM1线圈的供电线路上，这种互锁关系能保证一个接触器断电释放后，另一个接触器才能通电动作，从而避免因操作失误造成电源相间短路。按钮和接触器的复合互锁使电路更安全可靠。

几种常用的PLC梯形图控制程序

1、启动、保持和停止电路

实现Y10的启动、保持和停止的四种梯形图如图所示。这些梯形图均能实现启动、保持和停止的功能。X0为启动信号，X1为停止信号。图a、c是利用Y10 常开触点实现自锁保持，而图b、d是利用SET、RST指令实现自锁保持。

2、三相异步电动机正反转控制

3、常闭触点输入信号的处理

如果输入信号只能由常开触点提供，梯形图中的触点类型与继电器电路的触点类型完全一致。

如果接入PLC的是输入信号的常闭触点，这时在梯形图中所用的X1的触点的类型与PLC外接SB2的常开触点时刚好相反，与继电器电路图中的习惯也是相反的。建议尽可能采用常开触点作为PLC的输入信号。

4、多继电器线圈控制电路

下图是可以自锁的同时控制4个继电器线圈的电路图。其中X0是起动按钮，X1是停止按钮。

两处卸料小车自动控制的梯形图程序设计示例 PLC编程经验设计法举例

两处卸料小车运行路线示意图如图6-18a所示，小车仍然在限位开关X4处装料，但在X5和X3两处轮流卸料。小车在一个工作循环中有两次右行都要碰到X5，**次碰到它时停下卸料，第二次碰到它时继续前进，因此应设置一个具有记忆功能的编程元件，区分是**次还是第二次碰到X5。

图5-18  两处卸料小车自动控制

a）小车运行示意图    b）梯形图

两处卸料小车自动控制的梯形图如图6-18b所示，它是在图6-17b的基础上根据新的控制要求修改而成的。小车在**次碰到X5和碰到X3时都应停止右行，所以将它们的常闭触点与Y0的线圈串联。其中X5的触点并联了中间元件M100的触点，使X5停止右行的作用受到M100的约束，M100的作用是记忆X5是第几次被碰到，它只在小车第二次右行经过X5时起作用。为了利用PLC已有的输入信号，用起保停电路来控制M100，它的起动条件和停止条件分别是小车碰到限位开关X5和X3，即M100在图6-18a中虚线所示路线内为ON，在这段时间内M100的常开触点将Y0控制电路中X5常闭触点短接，因此小车第二次经过X5时不会停止右行。

为了实现两处卸料，将X3和X5的触点并联后驱动Y3和T1。调试时发现小车从X3开始左行，经过X5时M100也被置位，使小车下一次右行到达X5时无法停止运行，因此在M100的起动电路中串入Y1的常闭触点。另外还发现小车往返经过X5时，虽然不会停止运动，但是出现了短暂的卸料动作，为此将Y1和Y0的常闭触点与Y3的线圈串联，就可解决这个问题。系统在装料和卸料时按停止按钮不能使系统停止工作，请读者考虑怎样解决这个问题。

送料小车自动控制的梯形图程序设计示例 PLC编程经验设计法举例

（1）被控对象对控制的要求  如图5-17a所示送料小车在限位开关X4处装料，20s后装料结束，开始右行，碰到X3后停下来卸料，25s后左行，碰到X4后又停下来装料，这样不停地循环工作，直到按下停止按钮X2。按钮X0和X1分别用来起动小车右行和左行。

图5-17  送料小车自动控制

a）小车运行示意图    b）梯形图

（2）程序设计思路  以众所周知的电动机正反转控制的梯形图为基础，设计出的小车控制梯形图如图6-17b所示。为使小车自动停止，将X3和X4的常闭触点分别与Y0和Y1的线圈串联。为使小车自动起动，将控制装、卸料延时的定时器T0和T1的常开触点，分别与手动起动右行和左行的X0、X1的常开触点并联，并用两个限位开关对应的X4和X3的常开触点分别接通装料、卸料电磁阀和相应的定时器。

（3）程序分析  设小车在起动时是空车，按下左行起动按钮X1，Y1得电，小车开始左行，碰到左限位开关时，X4的常闭触点断开，使Y1失电，小车停止左行。X4的常开触点接通，使Y2和T0的线圈得电，开始装料和延时。20s后T0的常开触点闭合，使Y0得电，小车右行。小车离开左限位开关后，X4变为“0”状态，Y2和T0的线圈失电，停止装料，T0被复位。对右行和卸料过程的分析与上面的基本相同。如果小车正在运行时按停止按钮X2，小车将停止运动，系统停止工作。